Gegenfeld-Analysator

Der Retarding Field Analyzer (RFA) ist ein elektrostatischer Energieanalysator für geladene Teilchen, mit dem die kinetische Energieverteilung und die Energieverteilung der Teilchen gemessen werden kann. Das System besteht im Wesentlichen aus drei Maschen, von denen die mittlere auf Hochspannung gesetzt wird, um das Verzögerungsfeld aufzubauen, und einem Faraday-Cup am Ende, der den Strahlstrom erfasst. Darüber hinaus verfügt die RFA über einen Kollimator mit austauschbaren Aperturen von 1 mm, 2 mm oder 3 mm Durchmesser bei einer Länge von 50 mm zur Optimierung des Aufbaus unter Berücksichtigung der Strahlintensität und der erforderlichen Energieauflösung.

Der Aufbau kann auf einer Linearbewegungsrinne mit der Strahlachse senkrecht zum DN 160 CF Trägerflansch montiert werden, aber auch am Ende einer Strahlführung direkt auf einem DN 100 CF Flansch. Die maximale Maschenspannung ist auf 15 kV begrenzt, was bedeutet, dass Energieverteilungen von Teilchen bis zu 15 keV pro Ladungszustand analysiert werden können.

Funktionsprinzip

Abbildung 1 - RFA Phasen

Um die Energieverteilung eines geladenen Teilchenstrahls zu analysieren, wird das Potential des Bremsfeldnetzes schrittweise erhöht, während der Strahlstrom auf dem Faraday-Cup gemessen wird. Bei der Erhöhung des Verzögerungsfeldes lassen sich 5 Phasen der Beeinflussung des einfallenden Strahls unterscheiden, die in Abbildung 1 zusammengefasst sind:

• Teilchen passieren das Gitter (Verzögerungspotential sehr niedrig)
• Teilchen werden in den Maschenlöchern fokussiert (erhöhtes Bremspotenzial)
• die Teilchen werden reflektiert (das Bremspotenzial erreicht den Bereich der kinetischen Strahlenergie)
• einige Teilchen werden aufgehalten, einige können noch passieren (Verzögerungspotential liegt nahe der mittleren Energie)
• alle Teilchen werden gestoppt (das Bremspotenzial ist höher als die kinetische Energie der Teilchen)

Die gemessene Abhängigkeit Iion versus URFA kann differenziert werden, um die Strahlenenergieverteilung δUion/δIRFA zu erhalten, die mit einem Gauß-Fit angepasst werden kann, siehe Abbildung 2. Dabei ist die mittlere Energie der geladenen Teilchen Em als das Maximum des Gauß definiert. Die Energiestreuung des Strahls ist definiert als die volle Breite des halben Maximums (FWHM) der Verteilung.

Abbildung 2 - RFA Messung

Ein Beispiel, das die Möglichkeiten der RFA in Bezug auf Auflösung und Empfindlichkeit zeigt, ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Messung wurde mit einer Dresdner EBIS-A durchgeführt, die einen Strahl von Ar8+-Ionen erzeugt. In diesem Experiment wurden die 3 mm Kollimatoröffnungen verwendet. Ein richtig eingestellter hochwertiger Ionenstrahl aus dem EBIS-A erfordert keinen zusätzlichen Kollimationseffekt, so dass große Aperturen verwendet werden können, um die maximale Signalintensität zu erreichen.